turbinas hidráulicas

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CURVAS DE IGUAL VELOCIDAD ESPECIFICA.- Las curvas de igual velocidad específica ns son de la forma: n 3 4 s = n11 N11 = A 1 n11 - B1 n11 y su valor máximo se obtiene para: 2 3 3 A1 n11 - 4 B1 n11 = 0 ⇒ ns(máx)= 3 A1 n11(máx ) - B1 n4 11(máx ) = 82,25 ϕ2 d 1 2 3 D 2 n 11(máx ) n 11(máx ) = 3 A 1 4 B 1 = 63,23 ϕ1 - 0,97 d 2 ϕ1 D2 n4 11(máx ) (1 + ψ) ηmec = = 82,25 ϕ 1 2 d 2 D 2 (63,23 ϕ1) 2 - 0,97 ϕ1 d2 D 2 (63,23 ϕ1 ) 4 (1 + ψ) ηmec = 570 ϕ 1 5 (1 + ψ) ηmec d D III.7.- COLINA DE RENDIMIENTOS Fig III.18.- Curvas de igual velocidad específica Las curvas características anteriormente estudiadas, determinan en cada uno de sus puntos un valor del rendimiento, cuya representación gráfica se obtiene mediante una serie de ordenadas perpendicu- lares a la curva característica; el conjunto de estas ordenadas proporciona unas superficies de rendimientos de la forma: f(η, Q, n) = 0 ; F(η, C, n) = 0 ; ξ(η, N, n) = 0 que, a su vez, se pueden representar en los planos: (Q,n), (C,n) ó (N,n), mediante curvas de igual rendimiento, que no son otra cosa que las proyecciones, sobre dichos planos, de las sucesivas secciones origi- nadas por la intersección de planos paralelos a las mismas de η = Cte, con las superficies de rendimientos correspondientes; las líneas de nivel, son líneas de igual rendimiento. En la turbina Pelton, el punto de máximo rendimiento no se corresponde con la apertura completa del inyector, Fig III.15; si la velocidad es grande, el rendimiento disminuye debido a que parte del agua pasa por la turbina, escapándose del rodete sin producir ningún trabajo, haciendo que el rendimiento vo- lumétrico disminuya rápidamente. Esta disminución se hace mucho más ostensible a partir de un cierto valor de la velocidad, por cuan- to el chorro podría llegar a incidir sobre el dorso de la pala, frenándola. Dentro de los valores de apertura del inyector que mantienen un alto rendimiento del mismo, los rendimientos dependen sólo de la velocidad de giro, y vienen representados por líneas casi rectas, sensiblemente paralelas al eje de TP.III.-48
ordenadas, dispuestas casi simétricamente respecto al punto de máximo rendimiento. Para aperturas pequeñas del inyector, el rendimiento del mismo baja mucho por cuanto ϕ1 es peque- ño, cerrándose las curvas de igual rendimiento por su parte inferior. El rendimiento de la turbina Pelton cuando está poco afectada por la variación de potencia, es muy sensible a las variaciones de velocidad n, confirmándose el trazado parabólico de las características de potencia para cada apertura y el trazado rectilíneo y vertical de las líneas de igual rendimiento, que se cierran por abajo para aperturas pequeñas. En el caso que se expone en la Fig III.19, la colina de rendimientos presenta unas líneas paralelas al eje de ordenadas, deduciéndose de ésto que la turbina que funcione con velocidad n11 constante se aco- moda mal a cualquier variación de la altura del salto, mientras que soportará bien fuertes variaciones de potencia y de caudal. Para poder trabajar con mayor comodidad, una vez seleccionada la velocidad de funcionamiento n11 se corta a la superficie de rendimientos por el plano correspondiente a esta velocidad, obteniéndose una gráfica (η, N11) que permite conocer el comportamiento de la turbina trabajando con distintas cargas. III.8.- RÉGIMEN TRANSITORIO Fig III.19.- Colina de rendimientos En el momento de apertura del inyector de la turbina Pelton, una cazoleta recibe el chorro de agua en choque directo; la fuerza que se ejerce sobre dicha cazoleta es: F0 = γ Q g (c1 cos α1 - c2 cos α2) = α1 = 0 ; c2 → 0 = γ Q c1 g siendo α1 el ángulo de ataque del chorro sobre la cazoleta y c2 la velocidad de salida del agua. F = Si la turbina está en movimiento: γ Q g (w1 cos β1 - w2 cos β2) = w2 = ψ w1 β1 = 0 ; β2 ≅ 180 = γ Q w1 g (1 + ψ) en la que de acuerdo con los triángulos de velocidades a la entrada y a la salida de la turbina, β1 y β2 son ángulos constructivos de las cazoletas y w1 y w2 las velocidades relativas del agua a la entrada y salida; suponiendo que el coeficiente de reducción de velocidad ψ = 1, resulta: TP.III.-49
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wemb - w wemb - w0 = exp [ - 2 γ Q
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